[논문]스테레오 시스템을 위한 머리전달함수의 개선

구교식; 차형태

문제 정의

특히 혼돈원추 상에서는 상/하, 전/후 등의 방향에 대해 정확한 방위를 판별할 수 없게 된다. 따라서 본 논문에서는 이러한 단점들을 보완하여 2채널 음향재생 시스템에서 머리전달함수를 이용하여 입체음향을 생성하는 경우 음상정위에 대한 혼돈을 개선하기 위한 알고리즘을 제안하고자 한다.
특히 혼돈원추 상에서는 상/하, 전/후 등의 방향에 대해 정확한 방위를 판별할 수 없게 된다. 따라서 본 논문에서는 이러한 단점들을 보완하여 2채널 음향재생 시스템에서 머리전달함수를 이용하여 입체음향을 생성하는 경우 음상정위에 대한 혼돈을 개선하기 위한 알고리즘을 제안하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 인간의 청각 특성을 이용하여 보다 효과적으로 음상을 정위하는 방법에 대한 알고리즘을 제안하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 인간의 청각 특성을 이용하여 보다 효과적으로 음상을 정위하는 방법에 대한 알고리즘을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 인간의 청각특성을 이용하여 바이노럴 시스템에서 보다 현실적인 입체음향을 생성하고 정확한 방향감을 생성하기 위한 알고리즘을 제안한다.
본 논문에서는 인간의 청각특성을 이용하여 바이노럴 시스템에서 보다 현실적인 입체음향을 생성하고 정확한 방향감을 생성하기 위한 알고리즘을 제안한다.
본 논문은 머리전달함수를 이용하여 보다 현실적인 입체음향을 생성하는 과정에서 발생하는 혼돈원추의 문제를 해결하기 위한 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션에 사용된 사운드 음원들은 직접 녹음하거나 오디오 CD로부터 획득한 44.
본 논문은 머리전달함수를 이용하여 보다 현실적인 입체음향을 생성하는 과정에서 발생하는 혼돈원추의 문제를 해결하기 위한 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션에 사용된 사운드 음원들은 직접 녹음하거나 오디오 CD로부터 획득한 44.

제안 방법

그림 12는 각 방법을 이용하여 구현된 입체음향에 대한 음상정위 테스트 결과를 나타내고 있다. 3가지 음원에 대한 테스트를 진행한 후 각 방향에 따른 평균값을 제시하였다. 모든 음원 샘플에 대해서 실험 결과 단순히 전/후 지각 뿐만 아니라 상/하 지각에서도 입체감이 개선되었으며 이를 통해 제안한 알고리즘이 대부분의 경우에서 정위감이 우수함을 알 수 있었다.
두 번째 테스트로는 제안된 알고리즘이 음질에 미치는 영향을 확인하기 위하여 음질 테스트를 실시하였다. 평가방법은 원 머리전달함수를 적용한 소리를 기준으로 삼아서 개선된 소리의 음질이 기준에 얼마나 충실한지를 비교하는 Degradation Category Rating Method를 사용하였다, 이 방법은 5가지 Degradation Category Scale를 적용하며 그 내용은 표 3과 같다 [11],
비교대상은 원 머리전달함수, 필터뱅크 방식, 제안한 방식이며 고도각과 수평각을 변경시켜 가며 테스트를 진행하였다.
성능을 평가하기 위한 첫 번째 테스트로 청취자가 얼마나 정확하게 음상의 방향을 지각하는지에 대한 테스트를 진행하였다. 테스트는 2,30 대의 일반 남녀 10명을 대상으로 하여 입체음향을 들려준 후 인지하는 방향에 대한 정확도를 측정하였다.
제안한 알고리즘의 성능을 확인하기 위하여 음상정위 테스트 및 청감 테스트를 실시하였다.
제안한 알고리즘의 성능을 확인하기 위하여 음상정위 테스트 및 청감 테스트를 실시하였다.
머리전달함수로는 HRTF DB로는 MIT의 Media Lab에서 KEMAR dummy head를 이용하여 측정한 것을 사용하였다. 테스트 장비로는 청취자의 귀에 밀착되는 헤드폰 (audio-technica ATH-ES7), Pentium computer (Intel core2duo E6600)를 사용하였으며 청취자가 음원의 종류나 방향을 사전에 알 수 없도록 컴퓨터와 거리를 두도록 하였으며 무 순서로 음원을 재생하였다.
머리전달함수로는 HRTF DB로는 MIT의 Media Lab에서 KEMAR dummy head를 이용하여 측정한 것을 사용하였다. 테스트 장비로는 청취자의 귀에 밀착되는 헤드폰 (audio-technica ATH-ES7), Pentium computer (Intel core2duo E6600)를 사용하였으며 청취자가 음원의 종류나 방향을 사전에 알 수 없도록 컴퓨터와 거리를 두도록 하였으며 무 순서로 음원을 재생하였다.
성능을 평가하기 위한 첫 번째 테스트로 청취자가 얼마나 정확하게 음상의 방향을 지각하는지에 대한 테스트를 진행하였다. 테스트는 2,30 대의 일반 남녀 10명을 대상으로 하여 입체음향을 들려준 후 인지하는 방향에 대한 정확도를 측정하였다. 오차는 士10º로 하였다.
성능을 평가하기 위한 첫 번째 테스트로 청취자가 얼마나 정확하게 음상의 방향을 지각하는지에 대한 테스트를 진행하였다. 테스트는 2,30 대의 일반 남녀 10명을 대상으로 하여 입체음향을 들려준 후 인지하는 방향에 대한 정확도를 측정하였다. 오차는 士10º로 하였다.

대상 데이터

1 kHz, 16 bit/sample 사운드 음원을 이용하였다. 머리전달함수로는 HRTF DB로는 MIT의 Media Lab에서 KEMAR dummy head를 이용하여 측정한 것을 사용하였다. 테스트 장비로는 청취자의 귀에 밀착되는 헤드폰 (audio-technica ATH-ES7), Pentium computer (Intel core2duo E6600)를 사용하였으며 청취자가 음원의 종류나 방향을 사전에 알 수 없도록 컴퓨터와 거리를 두도록 하였으며 무 순서로 음원을 재생하였다.
본 논문은 머리전달함수를 이용하여 보다 현실적인 입체음향을 생성하는 과정에서 발생하는 혼돈원추의 문제를 해결하기 위한 알고리즘을 제안한다. 시뮬레이션에 사용된 사운드 음원들은 직접 녹음하거나 오디오 CD로부터 획득한 44.1 kHz, 16 bit/sample 사운드 음원을 이용하였다. 머리전달함수로는 HRTF DB로는 MIT의 Media Lab에서 KEMAR dummy head를 이용하여 측정한 것을 사용하였다.

이론/모형

Creating 3D sound using filterbank method (티e. 20° & Azi. 30° ).
두 번째 테스트로는 제안된 알고리즘이 음질에 미치는 영향을 확인하기 위하여 음질 테스트를 실시하였다. 평가방법은 원 머리전달함수를 적용한 소리를 기준으로 삼아서 개선된 소리의 음질이 기준에 얼마나 충실한지를 비교하는 Degradation Category Rating Method를 사용하였다, 이 방법은 5가지 Degradation Category Scale를 적용하며 그 내용은 표 3과 같다 [11],
두 번째 테스트로는 제안된 알고리즘이 음질에 미치는 영향을 확인하기 위하여 음질 테스트를 실시하였다. 평가방법은 원 머리전달함수를 적용한 소리를 기준으로 삼아서 개선된 소리의 음질이 기준에 얼마나 충실한지를 비교하는 Degradation Category Rating Method를 사용하였다, 이 방법은 5가지 Degradation Category Scale를 적용하며 그 내용은 표 3과 같다 [11],

성능/효과

기존의 개선 방법은 5개의 고정된 대역에서 증폭 및 감쇄를 하기 때문에 증폭되는 대역에서 모노음의 주파수 에너지가 큰 경우 음질이 손상되는 현상이 발생하게 된다. 그러나 본 알고리즘은 인간의 청각특성을 이용하여 효율적으로 정위감을 개선시킬 수 있기 때문에 음질의 변화를 최소화 할 수 있다 결과적으로 보다 정확한 방향감을 생성시킬 수 있다.
제안된 방식에 의해 머리전달함수가 인간의 청각에 미치는 영향을 고려하여 방향결정대역에 따른 음상정위 단서를 강조하여 원 사운드 신호와 비슷한 음상 정위감을 획득할 수 있었다. 또한 원 머리전달함수 및 혼돈원추 문제를 해결하기 위한 기존의 알고리즘와 비교할 때 음상정위 테스트 및 청감 테스트 결과에서 좋은 성능의 결과를 확인할 수 있었다.
제안된 방식에 의해 머리전달함수가 인간의 청각에 미치는 영향을 고려하여 방향결정대역에 따른 음상정위 단서를 강조하여 원 사운드 신호와 비슷한 음상 정위감을 획득할 수 있었다. 또한 원 머리전달함수 및 혼돈원추 문제를 해결하기 위한 기존의 알고리즘와 비교할 때 음상정위 테스트 및 청감 테스트 결과에서 좋은 성능의 결과를 확인할 수 있었다.
3가지 음원에 대한 테스트를 진행한 후 각 방향에 따른 평균값을 제시하였다. 모든 음원 샘플에 대해서 실험 결과 단순히 전/후 지각 뿐만 아니라 상/하 지각에서도 입체감이 개선되었으며 이를 통해 제안한 알고리즘이 대부분의 경우에서 정위감이 우수함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 실험에 의해 음상이 0° ~ 30º에 위치할 경우 3 dB, 30° ~60º에 위치할 경우는 2 dB로 τ값을 정의하였다.
으며 이를 통해 제안한 알고리즘이 대부분의 경우에서정위감이 우수함을 알 수 있었다,
음원이 발생한 공간 내에 있는 청취자의 양쪽 귀에 마이크로폰을 각각 설치하여 녹음한 신호를 바이노럴 신호라 하며 사람이 두 귀만으로 소리의 방향을 인지할 수 있다는 사실에 착안하여 양쪽 귀에 들리는 소리를 두 개의 채널을 사용하여 스피커나 헤드폰으로 재현하는 기술을 말한다. 음원과 음상은 공간적 특성이 반드시 일치하지 않으며 음원과 음상이 일치할수록 좋은음질의 입체음 향이 구현되었다고 할 수 있다. 바이노럴 신호에는 음원의 위치, 방향뿐만 아니라 음원을 둘러싸고 있는 공간, 즉 음장과 관련한 공간적 단서들이 포함되어 있다.
음원이 발생한 공간 내에 있는 청취자의 양쪽 귀에 마이크로폰을 각각 설치하여 녹음한 신호를 바이노럴 신호라 하며 사람이 두 귀만으로 소리의 방향을 인지할 수 있다는 사실에 착안하여 양쪽 귀에 들리는 소리를 두 개의 채널을 사용하여 스피커나 헤드폰으로 재현하는 기술을 말한다. 음원과 음상은 공간적 특성이 반드시 일치하지 않으며 음원과 음상이 일치할수록 좋은음질의 입체음 향이 구현되었다고 할 수 있다. 바이노럴 신호에는 음원의 위치, 방향뿐만 아니라 음원을 둘러싸고 있는 공간, 즉 음장과 관련한 공간적 단서들이 포함되어 있다.
제안된 방식에 의해 머리전달함수가 인간의 청각에 미치는 영향을 고려하여 방향결정대역에 따른 음상정위 단서를 강조하여 원 사운드 신호와 비슷한 음상 정위감을 획득할 수 있었다. 또한 원 머리전달함수 및 혼돈원추 문제를 해결하기 위한 기존의 알고리즘와 비교할 때 음상정위 테스트 및 청감 테스트 결과에서 좋은 성능의 결과를 확인할 수 있었다.
제안된 방식에 의해 머리전달함수가 인간의 청각에 미치는 영향을 고려하여 방향결정대역에 따른 음상정위 단서를 강조하여 원 사운드 신호와 비슷한 음상 정위감을 획득할 수 있었다. 또한 원 머리전달함수 및 혼돈원추 문제를 해결하기 위한 기존의 알고리즘와 비교할 때 음상정위 테스트 및 청감 테스트 결과에서 좋은 성능의 결과를 확인할 수 있었다.

후속연구

그러므로 향후 진행될 연구 과제는 청자 개개인의 신체적 및 청각적 특성에 따라 청각 모델링의 오차를 낮출 수 있는 방법에 대한 연구가 진행될 예정이다.
하지만 머리전달함수가 상당히 주관적이기 때문에 제안된 알고리즘으로는 모든 청취자들에게 동일한 느낌을 가지게 하기에는 한계가 있음을 확인하였다. 이러한 단점으로 인하여 사운드 음원에 따라 생성된 입체음향의 결과가 달라지는 것을 확인할 수 있었다.

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